Hauptschritte im Erzabbau: Was bedeuten Erschließung, Vorbereitung, Abbau und Abbau des Erzkörpers?
Der Erzabbau ist eine komplexe und technologieintensive Ingenieurtätigkeit, die mehrere Schritte und sorgfältige Planung umfasst. Ziel ist die effiziente und sichere Umwandlung unterirdischer Mineralvorkommen in nutzbare Mineralprodukte. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Analyse der wichtigsten Schritte des Erzabbaus – Erschließung, Aufbereitung, Abbau und Abbau – und erläutert die Zusammenhänge zwischen ihnen.
I. Erzkörperentwicklung
Lassen Sie uns zunächst die Erschließung von Erzlagerstätten erläutern. Bei der Erschließung von Erzlagerstätten werden von der Oberfläche aus mehrere Tunnel gegraben, um die Erzlagerstätte zu erschließen und mit der Oberfläche zu verbinden. Dabei werden Systeme für den Zugang von Personal, die Belüftung, den Transport, die Entwässerung sowie die Strom-, Luft- und Wasserversorgung geschaffen. Die Erschließung erfüllt zwei wichtige Funktionen: Erstens werden verschiedene technische Anlagen errichtet, die die Erzlagerstätte erreichen und Verbindungen zwischen ihr und der Oberfläche herstellen; zweitens werden die grundlegenden unterirdischen Bergbausysteme geschaffen, einschließlich der Wege für Personal, Transport, Entwässerung sowie die Strom-, Luft- und Wasserversorgung.
Die Entwicklungsziele lassen sich in drei Teile unterteilen. Erstens müssen wir das abgebauten Erz und das Abraumgestein von unter Tage an die Oberfläche transportieren – dies ist die grundlegendste Voraussetzung, um das Erz aus dem Untergrund an die Oberfläche zu bringen. Zweitens müssen wir Abwasser und verschmutzte Luft an die Oberfläche ableiten, um eine geeignete Arbeitsumgebung für den Untertagebau zu gewährleisten.
Der dritte Teil umfasst Erschließungsstollen. Diese Stollen werden gegraben, um die oben genannten Erschließungsziele zu erreichen, nämlich Verbindungen zum Erzvorkommen herzustellen und Systeme für Personenbewegung, Belüftung, Transport, Entwässerung sowie Strom-, Luft- und Wasserversorgung zu schaffen. Diese Führungsstollen werden als Erschließungsleitstollen bezeichnet. Woraus bestehen Erschließungsstollen im Wesentlichen? Sie umfassen beispielsweise Schächte, Stollen, Schachtsohlenlager, Haupterzrutschen und Füllschächte sowie ebene Transportstollen. All diese werden zusammenfassend als Erschließungsleitstollen bezeichnet.
Zusammenfassung:
Der erste Schritt im Erzabbau ist die Erschließung. Dabei wird ein Stollennetz von der Oberfläche zum Erzlagerstätte angelegt, um den Zu- und Abtransport von Personal, Ausrüstung und Materialien sowie den Abtransport von Erz und Abraum zu gewährleisten. Die Erschließungstechnik umfasst nicht nur den Tunnelaushub, sondern auch den Bau von Belüftungs-, Entwässerungs-, Strom-, Luft- und Wasserversorgungssystemen, die die Grundlage für den späteren Bergbaubetrieb legen. Erschließungsstollen gibt es in verschiedenen Ausführungen, z. B. als Schächte, Stollen, Schachtsohlenlager, Haupterzrutschen, Hauptförderanlagen und ebene Transportstollen, die zusammen das sogenannte Erschließungsleitsystem bilden. Durch diese Stollen kann Erz an die Oberfläche befördert werden, während gleichzeitig geeignete Arbeitsbedingungen unter Tage, wie Frischluftzufuhr und effektive Abwasserableitung, gewährleistet werden.
II. Erzlagerstättenaufbereitung
Was ist die Definition von Vorbereitung? Wenn das Erzvorkommen erschlossen ist, müssen wir Schlüsselbereiche abgrenzen. Dieser Teil wird als Erzvorkommenvorbereitung bezeichnet. Sie hat zwei Zwecke: erstens, die Ebene in Blöcke als unabhängige Abbaueinheiten zu unterteilen; zweitens, die Ebene weiter in Blöcke zu unterteilen, diese als unabhängige Abbaueinheiten zu behandeln und innerhalb des Erzvorkommens Bedingungen für Personalzugang, Gesteinsbohrungen, Erzgewinnung, Belüftung und mehr zu schaffen. Wir können uns vorstellen, dass die zuvor erwähnte Erschließung die grundlegenden Bedingungen für den Abbau des Erzvorkommens schafft. Die auf der Erschließung aufbauende Vorbereitung unterteilt es weiter in unabhängige Abbaueinheiten und schafft in diesen Einheiten Bedingungen für Personalzugang und Belüftung. Die Aufgaben der Vorbereitung fallen ebenfalls in zwei Hauptkategorien: Die erste besteht darin, die Ebene in Blöcke als unabhängige Abbaueinheiten zu unterteilen; die zweite darin, Bedingungen für den Abbau zu schaffen, darunter Wege für Personal, Belüftung, Gesteinsbohrungen und Verbindungen.
Was sind Vorbereitungsstollen im Vergleich zu Erschließungsstollen? Vorbereitungsstollen dienen der Durchführung von Vorbereitungsarbeiten durch den Bau einer Reihe von Stollen. Diese Stollen werden als Vorbereitungsstollen bezeichnet. Im Diagramm rechts sind Personal- und Belüftungsschächte sowie Verbindungsstollen zu den Hauptmerkmalen von Vorbereitungsstollen zu sehen. Bei der Bewertung bergbauwirtschaftlicher Kennzahlen spielen zwei Kennzahlen im Zusammenhang mit der Vorbereitung eine Rolle: die Vorbereitungsquote und der Anteil der Vorbereitungsarbeiten.
Die Aufbereitungsrate gibt die benötigte Länge der Aufbereitungs- und Schneidstollen pro tausend Tonnen Erz an, die aus dem Block gefördert werden. Der Anteil der Aufbereitungsarbeit hingegen ist das Verhältnis der aus den Aufbereitungs- und Schneidstollen im Block geförderten Erzmenge zur gesamten Erzmenge. Im Gegensatz zur Aufbereitungsrate, die lediglich die Länge der gebauten Aufbereitungs- und Schneidstollen geteilt durch die gesamte Erzförderung berücksichtigt, um das Verhältnis zu ermitteln, verfeinert der Anteil der Aufbereitungsarbeit dieses, indem er den Anteil des aus den Aufbereitungs- und Schneidstollen geförderten Erzes an der gesamten Erzförderung des Blocks berechnet.
Das Vorbereitungsverhältnis spiegelt lediglich die Länge der Vorbereitungs- und Schneidtunnel im Block wider, ohne den Einfluss von Tunnelquerschnitt oder -volumen zu berücksichtigen. Der Anteil der Vorbereitungsarbeit spiegelt hingegen lediglich den Anteil der innerhalb der Erzgänge angeordneten Vorbereitungs- und Schneidtunnel im Erzvorkommen wider, ohne den Arbeitsaufwand für die Vorbereitungs- und Schneidtunnel außerhalb der Erzgänge zu berücksichtigen. Dies ist der Unterschied zwischen beiden.
Zusammenfassung:
Nach Abschluss der Erschließung des Erzvorkommens beginnt die Erzaufbereitung. Ziel dieser Phase ist es, das Abbaugebiet durch detaillierte Planung des erschlossenen Erzvorkommens weiter in handhabbare und abbaubare Kleineinheiten – sogenannte Blöcke – zu unterteilen. Die Aufbereitungsarbeiten umfassen nicht nur den Tunnelaushub, sondern auch die Schaffung der notwendigen Bedingungen innerhalb der Blöcke für Personalzugang, Gesteinsbohrungen, Erzförderung und Belüftung. Bei Aufbereitungstunneln, auch Fiskaltunnel genannt, muss die Anordnung von Personal- und Belüftungsschächten sowie Verbindungstunneln berücksichtigt werden, um günstige Arbeitsbedingungen für den nachfolgenden Bergbau zu schaffen. Aufbereitungsverhältnis und Aufbereitungsarbeitsanteil sind zwei Schlüsselindikatoren zur Bewertung der Aufbereitungseffizienz. Sie messen die wirtschaftlichen Aspekte des Tunnelbaus bzw. den Anteil des in den Tunneln produzierten Erzes und liefern so quantitative Grundlagen für die Optimierung von Aufbereitungsstrategien.
Schneiden
Der dritte Teil befasst sich mit den Schrämarbeiten. Was ist also die Definition von Schrämarbeiten? Schrämarbeiten bauen auf der Vorbereitung auf und schaffen auf dem bereits vorbereiteten Boden freie Flächen und Freiräume für den großflächigen Erzabbau. Aus dieser Definition lässt sich schließen, dass sie darauf abzielen, freie Flächen und Freiräume für den Abbau zu schaffen. Ihr Zweck ist die Schaffung dieser freien Flächen und Freiräume.
Schneidarbeiten umfassen im Wesentlichen zwei Aspekte: die Bildung von Freiflächen und Freiräumen. Zunächst werden durch das Ausheben von Schneidstollen Freiflächen und Freiräume geschaffen. Zusätzlich werden auf der Grundlage der Schneidstollen weitere Arbeiten durchgeführt, um die Freiflächen zu erweitern und so mehr Freiraum für den Abbau zu schaffen. Schneidstollen bestehen im Wesentlichen aus zwei Teilen: Hinterschneidungsstollen (Unterschneidungsstrecken und Querschläge) und Schneidaufbrüchen. Zur weiteren Erweiterung der Freiflächen sind außerdem Hinterschneidungs-, Trichter- und Schlitzungsarbeiten erforderlich. Dies umfasst den gesamten Inhalt der Schneidarbeiten. Entwicklung, Vorbereitung und Schneiden dienen der Vorbereitung des Abbaus.
Zusammenfassung:
Der Abbau ist der auf die Vorbereitung folgende Schritt, um die notwendigen Freiflächen und Räume für den großflächigen Abbau zu schaffen. Dieser Schritt umfasst das Ausheben spezieller Stollen, wie z. B. Unterschnittstollen und Schürfschächte, um Platz für das Sprengen und Lösen des Erzes zu schaffen. Die Konstruktion der Schürfstollen muss die physikalischen Eigenschaften des Erzes, die Struktur des Erzvorkommens und die Bergbautechniken berücksichtigen, um eine effiziente Durchführung der Abbauarbeiten zu gewährleisten. Zusätzlich werden Arbeiten wie Unterschnitt, Trichterbau und Schlitzen durchgeführt, um die Freiräume weiter zu vergrößern und so den Abbau zu erleichtern.
IV. Anhalten
Unter Stoping versteht man die Durchführung großflächiger Bergbauarbeiten nach Abschluss des Abbaus. Typischerweise werden großflächige Bergbauarbeiten als Stoping bezeichnet und in drei Hauptschritte unterteilt: Erzabbau, Erzhandhabung und Bodendruckmanagement. Zunächst erläutern wir die Definition des Erzabbaus: Nutzung des Abbauraums als freie Abbaufläche und Einsatz von Gesteinsbohr- und Sprengverfahren. Der Erzabbau wird üblicherweise in vier Kategorien unterteilt, basierend auf den Bedingungen des Erzvorkommens, der verwendeten Abbaumethode und der Gesteinsbohrausrüstung: Flachlochabbau, Mitteltieflochabbau, Tieflochabbau und Kammersprengung.
Unter Erzhandhabung versteht man den Transport von gesprengtem Erz innerhalb des Blocks zu Transportstollen und das Verladen in Förderwagen. Die Handhabung beschränkt sich auf den Transport innerhalb der Mine, also den Transport zu Transportstollen. Unter Transport versteht man den Prozess des Erztransports aus Transportstollen an die Oberfläche.
Es gibt zwei Hauptmethoden der Erzförderung: die Schwerkraftförderung und die mechanische Förderung. Bei der Schwerkraftförderung wird hauptsächlich durch gewöhnliche Trichterförderung das Erz durch Schwerkraft bewegt. Bei der mechanischen Förderung kommen Geräte wie elektrische Rechen, Lader, Schaber, LKWs und Bandförderer zur Unterstützung der Förderung zum Einsatz.
Bei der Auswahl der Erztransportmethoden spielen die Abbaumethode und die Bedingungen des Erzvorkommens eine Rolle. Beispielsweise eignen sich steil geneigte Erzvorkommen besser für die Schwerkraftförderung, während flach geneigte oder nahezu horizontale Erzvorkommen besser für die mechanische Förderung geeignet sind.
Der dritte Aspekt ist das Bodendruckmanagement. Bodendruck bezeichnet das Phänomen, dass sich nach dem Erzabbau im Untergrund der Abbaubereich bildet und sich mit der Zeit die Pfeiler und das umgebende Gestein im Hangenden und Liegenden verformen, versagen oder einstürzen. Bodendruckmanagement umfasst Maßnahmen, die notwendig sind, um Verformungen, Versagen und Einstürze des umgebenden Gesteins zu verhindern oder zu kontrollieren. Dazu gehört die Beseitigung der negativen Auswirkungen des Bodendrucks und die Gewährleistung der Produktionssicherheit. Diese Maßnahmen werden zusammenfassend als Bodendruckmanagement bezeichnet.
Basierend auf den aktuellen Methoden des Bodendruckmanagements kann es in drei Teile unterteilt werden: erstens die Verwendung von Stützpfeilern zur Unterstützung des Abbaus für das Management; zweitens die Verwaltung durch Einbrechen des umgebenden Gesteins; und schließlich das Auffüllen des Abbaus mit Verfüllmaterialien für das Management.
Zusammenfassung:
Der Abbau ist die Kernphase des Erzabbaus und umfasst drei Hauptschritte: Erzabbau, Erzhandhabung und Bodendruckmanagement. Der Erzabbau erfolgt durch Gesteinsbohrungen und Sprengungen im Abbauraum, wobei die geeigneten Bohrtiefen und -methoden je nach Erzlagerstättenbeschaffenheit ausgewählt werden. Bei der Erzhandhabung wird das gesprengte Erz in Transportstollen transportiert und für den Transport verladen. Dabei wird zwischen Schwerkraft- und mechanischen Verfahren unterschieden, wobei Faktoren wie die Neigung des Erzlagers die Auswahl beeinflussen. Das Bodendruckmanagement ist entscheidend für die Sicherheit im Bergbau und erfordert Maßnahmen zur Verhinderung und Kontrolle von Verformungen, Versagen und Einstürzen im Abbau, um so einen stabilen laufenden Abbaubetrieb zu gewährleisten.
V. Beziehungen zwischen den Schritten
Die vier Schritte des Erzabbaus sind zeitlich und räumlich eng miteinander verknüpft und entwickeln sich sequenziell zu einer sich gegenseitig unterstützenden und fortschreitenden Kette von Prozessen. Die Erschließung schafft die Infrastruktur für die Vorbereitung, die Vorbereitung verfeinert das Abbaugebiet, der Abbau schafft die Voraussetzungen für den Abbau, und schließlich führt der Abbau zur Erzgewinnung. Die Umsetzung jedes Schrittes muss die Anforderungen der nachfolgenden Prozesse berücksichtigen und dem Bergbauprinzip des ausgewogenen Abbaus und der Erschließung entsprechen, wobei die Erschließung die Führung übernimmt.
VI. Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Erzabbau ein systematischer technischer Prozess ist, der aus mehreren kontinuierlichen und voneinander abhängigen Phasen besteht. Die erfolgreiche Durchführung jedes einzelnen Schritts hängt von vorheriger Vorbereitung und sorgfältiger Planung ab. Mit dem technologischen Fortschritt und den Anforderungen einer nachhaltigen Entwicklung legt der moderne Bergbau zunehmend Wert auf ein Gleichgewicht zwischen Umweltschutz, Sicherheit und wirtschaftlicher Effizienz. Ständig werden neue Technologien erforscht und eingesetzt, um die Fördereffizienz zu verbessern und die Umweltbelastung zu reduzieren. Zukünftig wird der Erzabbau intelligenter und umweltfreundlicher werden und ein verfeinertes Management ermöglichen.
